Поведенческая гибкость – способность изменять стратегию при изменении правил – контролируется определенными нейронами в мозгу, подтвердили исследователи из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST). Холинергические интернейроны встречаются редко – они составляют от одного до двух процентов нейронов полосатого тела, ключевой части мозга, участвующей в принятии решений на более высоком уровне. Ученые подозревали, что они играют роль в изменении стратегии, и исследователи из OIST недавно подтвердили это экспериментами. Их результаты были опубликованы в The Journal of Neuroscience.
"Об этих нейронах мало что известно," сказал Шо Аоки, научный сотрудник OIST и ведущий автор статьи. "Но теперь у нас есть четкие доказательства того, что они играют ключевую роль в сохранении гибкости в этом постоянно меняющемся мире."
Предыдущие исследования пытались определить роль холинергических интернейронов путем регистрации активности мозговых волн во время поведенческих задач. Хотя это может четко указывать на то, что определенные нейроны коррелируют с определенным поведением, это не является окончательным. В этом исследовании Аоки убивал холинергические интернейроны с помощью токсина, который непосредственно нацелен на них, а затем наблюдал, как крысы реагировали на изменения правил по сравнению с нормальными крысами с интактными нейронами. "Наши эксперименты показывают прямую причинно-следственную связь, а не корреляцию," Аоки сказал.
Крысам с поврежденными нейронами и без них давали задания в течение нескольких недель – им приходилось нажимать рычаг A или B, чтобы получить награду из сахарной гранулы. В течение первых нескольких дней за рычаг A всегда давалась награда. Обе группы крыс без проблем усвоили начальную стратегию получения сахарных гранул – нажмите на рычаг A.
Но потом правила игры изменились. Был введен новый стимул – над правильным рычагом вспыхнул свет, который колебался между рычагом A и B. Чтобы избавиться от сахара, крысам пришлось изменить стратегию и обратить внимание на эту новую информацию. В то время как нормальные крысы быстро реагировали на свет, крысы с поврежденными нейронами не могли. Последняя группа продолжала повторять стратегию, которой они уже научились, и не хотела исследовать, что означает свет.
В другом тесте световая подсказка, которая бессмысленно мигала во время начальной фазы обучения, переключилась на сигнализацию правильного рычага для нажатия на награду. Это означало максимизировать вознаграждение, и теперь животные должны обращать внимание на стимул, который они ранее игнорировали. Опять же, у контрольных крыс не было проблем с адаптацией к этому изменению правила, но поврежденные крысы придерживались своей первоначальной стратегии, хотя это означало меньшее вознаграждение. Они также отказались от исследования того, что могло бы увеличить их шансы на успех.
Интересно, что крысам с поврежденными нейронами в дорсомедиальной части полосатого тела было труднее обращать внимание на ранее нерелевантные световые сигналы. Крысам с поврежденными нейронами в вентральной части полосатого тела было сложнее реагировать на новые стимуляторы.
"Это указывает на то, что холинергические интернейроны в полосатом теле играют общую роль, а именно подавляют старые правила и поощряют исследования, но разные области полосатого тела активируются в зависимости от ситуации и типа стимула," Аоки сказал.
Результаты исследования могут помочь исследователям и медицинским работникам, изучающим старение. "Поскольку холинергические интернейроны дегенерируют с возрастом, эта работа может дать ключ к пониманию снижения умственной гибкости, которое происходит с возрастом," сказал профессор Джефф Викенс, руководитель отдела нейробиологических исследований OIST и старший автор статьи.